Aftësia e re e “Motori Neutronik” përshpejton kërkimin për automjete të avancuar

Në kërkim të automjeteve të avancuara me efikasitet më të lartë të energjisë dhe shkarkime ultra-të ulta, studiuesit e Laboratorit Kombëtar të Oak Ridge po përshpejtojnë një motor kërkimi që u jep shkencëtarëve dhe inxhinierëve një pamje të paprecedentë brenda funksionimit të niveleve atomike të motorëve me djegie në kohë reale.

Aftësia e re është një motor i ndërtuar posaçërisht për të drejtuar brenda një linje rrezesh neutroni. Ky motor neutronik siguron një mjedis unik të mostrës që lejon hetimin e ndryshimeve strukturore në lidhjet e reja të dizajnuara për mjedisin e një motori me djegie të avancuar me temperaturë të lartë që funksionon në kushte reale.

ORNL zbuloi për herë të parë aftësinë në 2017, kur studiuesit vlerësuan me sukses një motor të vogël, prototip me një kokë cilindri të hedhur nga një aliazh i ri me temperaturë të lartë alumini-cerium i krijuar në laborator. Eksperimenti ishte i pari në botë në të cilin një motor në punë u analizua nga difraksioni i neutroneve, duke përdorur difraktometrin neutron VULCAN në Departamentin e Burimit të Neutronit të Splacionit të Energjisë, ose SNS, në ORNL.

Neutronet depërtojnë thellë edhe përmes metaleve të dendura. Kur neutronet shpërndajnë atomet në një material, ata u japin studiuesve një mori informacioni strukturor deri në shkallën atomike. Në këtë rast, shkencëtarët përcaktuan se si performojnë lidhjet në kushte funksionimi si nxehtësia e lartë dhe stresi ekstrem ose tensioni për të identifikuar edhe defektet më të vogla.

Aftësia bazohet në një motor automobilistik dy litërsh, me katër cilindra, i modifikuar për të funksionuar në një cilindër për të ruajtur hapësirën e mostrës në vijën e rrezes. Platforma e motorit mund të rrotullohet rreth boshtit të cilindrit për të dhënë fleksibilitetin maksimal të matjes. Motori është dizenjuar me porosi për kërkimin e neutroneve, duke përfshirë përdorimin e ftohësit dhe vajit me bazë fluorokarboni, i cili përmirëson shikimin në dhomën e djegies.

Aftësia do t’u sigurojë studiuesve rezultatet eksperimentale që u duhen për të kontrolluar me shpejtësi dhe saktësi materiale të reja dhe për të përmirësuar modelet llogaritëse të besueshmërisë së lartë të dizenjove të motorëve.

“Në të gjithë botën, industria, laboratorët kombëtarë dhe akademia po shikojnë ndërfaqen midis djegies së turbullt që ndodh në motor dhe procesit të transferimit të nxehtësisë që ndodh përmes përbërësve të ngurtë”, tha Martin Wissink, drejtuesi i projektit në ORNL. “Të kuptuarit dhe optimizimi i këtij procesi është me të vërtetë thelbësore për të përmirësuar efikasitetin termik të motorëve.”

“Por aktualisht, shumica e këtyre modeleve pothuajse nuk kanë të dhëna të vlefshme në vend,” shtoi ai. “Qëllimi është të zgjidhim plotësisht stresin, sforcimin dhe temperaturën në të gjithë fushën mbi të gjitha pjesët metalike në dhomën e djegies.”

Motori është projektuar për specifikimet ORNL dhe aktualisht është duke kaluar testin përfundimtar me Institutin e Kërkimit Jugperëndimor dhe do të porositet në Qendrën Kombëtare të Kërkimit të Transportit të DOE, ose NTRC, në ORNL përpara përdorimit të tij të parë në SNS, e cila pritet nga fundi i vitit 2021. Të dy NTRC dhe SNS janë pajisje shkencore të përdoruesit DOE, duke siguruar hyrje në mjetet më të përparuara të shkencës moderne për studiuesit në të gjithë botën.

Instrumenti VULCAN në SNS është ideal për kërkimin, pasi ai strehon struktura më të mëdha, tha Ke An, shkencëtar kryesor për instrumentin. VULCAN është krijuar për studime të deformimit, transformimit fazor, stresit të mbetjeve, strukturës dhe mikrostrukturës. Sipas An, ata po përgatisin platformën për motorin neutronik me një sistem të ri shkarkimi dhe rikonstruksione të tjera, duke përfshirë një ndërfaqe të re kontrolli për motorin.

“Kjo është ajo që do t’i entuziazmojë njerëzit, duke prodhuar rezultate në një motor më të madh, të nivelit më të lartë”, tha An. Motori neutronik “do t’u sigurojë edhe më shumë mundësi përdoruesve që kërkojnë të vërtetojnë modelet e tyre për të zgjidhur çështje si stresi, sforcimi dhe temperatura. Ajo tregon vlerën e drejtpërdrejtë të neutroneve për një sektor të rëndësishëm prodhimi ”.

Matjet nga motori neutronik do të futen në informatikë me performancë të lartë, ose modele HPC, që po zhvillohen nga shkencëtarët për të shpejtuar përparimet për motorët me djegie të përparuar.

Studiuesit janë të interesuar të krijojnë parashikime të sakta të fenomeneve të tilla si humbjet e nxehtësisë, shuarja e flakës dhe avullimi i karburantit të injektuar në cilindër, veçanërisht gjatë operacioneve të motorit me ftohje kur emetimet janë shpesh më të larta. Të dhënat nga motori neutronik pritet të sigurojnë një kuptim të ri se si temperatura e përbërësve të motorit metalik ndryshon në të gjithë motorin gjatë ciklit të motorit.

Modelet e besueshmërisë së lartë që rezultojnë mund të ekzekutohen shpejt në super kompjuterë të tillë si Summit, kompjuteri më i shpejtë dhe më i aftë për AI në vend. Samiti është vendosur në ORNL si pjesë e Oak Ridge Leadership Computing Facility, gjithashtu një strukturë shkencore e përdoruesit DOE.

“Ne jemi duke kapërcyer këto aftësi themelore të shkencës tek aplikacionet dhe duke bërë matje në pajisje dhe sisteme reale inxhinierike”, tha Wissink. “Matja e plotë e sforcimeve dhe temperaturave në përbërësit e motorit është diçka që nuk ka qenë e mundur më parë. Crucshtë thelbësore që këto të dhëna të jenë ose një vërtetim ose si një kusht kufitar për modelet HPC që mund të ndahen me studiuesit në industrinë e automobilave. “

Motori neutronik rrit aftësitë ekzistuese në ORNL dhe laboratorë të tjerë kombëtarë në punën për të krijuar motorë më efikasë të energjisë dhe ultra të pastër, tha Robert Wagner, drejtor i Divizionit të Ndërtesave dhe Transportit të ORNL.

“Aftësia për të operuar një motor në rrezet e rrezeve neutron na mundëson të bëjmë matje të papara në kushte reale të motorit”, tha Wagner. Kjo aftësi shton burimet e një lloji që laboratorët kombëtarë sjellin për të çuar përpara efikasitetin dhe shkarkimet e motorëve me djegie, siç është kërkimi i motorit optik në Sandia National Laboratories dhe me Advanced Photon Source në Argonne National Laboratory.

Fuqia e këtyre burimeve unike aktualisht po rreshtohet për të zgjidhur problemet më sfiduese përmes një konsorciumi gjashtë laboratorësh të quajtur Partneritet për Motorët me Djegie të Përparuar, të dalë nga Zyra e Teknologjive të Automjeteve DOE.

“Ajo që na veçon këtu në ORNL është portofoli i shkencës në dispozicion,” tha Wagner. “Ne po përdorim burimin më të fuqishëm të neutroneve në botë, superkompjuterin më të shpejtë të vendit dhe shkencën e materialeve të klasit botëror në koordinim me ekspertizën tonë në transport për të marrë sfidat e mëdha të një të ardhme më të qëndrueshme të energjisë”.